基于DSP和SHDSL的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳希湘

【摘要】在石油測井系統(tǒng)中，進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)傳輸速率太小，目前其最大傳輸速率也只能達(dá)到500Kbit/s，這樣的傳輸速率已經(jīng)不能滿足需要。基于以上背景，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)以DSP（TMS320VC5402）為核心CPU、使用SHDSL技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其最大傳輸速率為2Mbit/s，最大傳輸距離可達(dá)到7.5km。

【關(guān)鍵詞】DSPSHDS高速數(shù)據(jù)傳輸

SHDSL（Single-pair High bite rate Digital Subscriber Line）單線對高比特率數(shù)字用戶線路是一種對稱數(shù)字用戶線技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)長距離的快速數(shù)據(jù)傳輸。DSP芯片是專門為實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法而設(shè)計(jì)的，不斷上升的性價(jià)比，使它的應(yīng)用越來越廣泛。

因此，把DSP引入到音頻等信號的處理和計(jì)算機(jī)寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（SHDSL）中去，使數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化相結(jié)合，成之成為集采集、傳輸、視聽功能于一體的高速網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于石油測井、地震勘探以及遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)之中，為它們提供高速的傳輸速率和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

一、系統(tǒng)的工作原理及總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式以太網(wǎng)操作系統(tǒng)，以DSP為核心CPU，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理，同時(shí)DSP芯片與網(wǎng)絡(luò)接口控制器芯片RTL8019AS構(gòu)成以太網(wǎng)接口，使用SHDSL技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速遠(yuǎn)距離傳輸，它與上位機(jī)又構(gòu)成一個(gè)主從式的控制系統(tǒng)。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

2.1TMSVC5402和RTL8019AS的硬件電路設(shè)計(jì)

VC5402和RTL8019AS的硬件連接如圖1所示。將DSP的數(shù)據(jù)總線低16位經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后接RTL8019AS的16位數(shù)據(jù)總線，RTL8019AS在復(fù)位的上升沿鎖定IOCS16腳的電平，其值決定數(shù)據(jù)總線的寬度，高電平時(shí)為16位總線方式，低電平時(shí)為8位總線方式。為提高收發(fā)速度，采用16位總線方式，將IOCS16接高電平。

由于RTL8019AS沒有外接初始化的EPROM，故其復(fù)位時(shí)命令寄存器（CR）的I/O地址值為缺省值0X300，為滿足RTL8019AS的ISA時(shí)序，A5~A19的連接必須使其地址鎖定在0X300，因此將A5~A19引腳接地。VC5402的I/O口讀寫控制信號IS、IOSTRB、R/W等信號經(jīng)過譯碼后與RTL8019AS的IOR、IOW連接。由于VC5402的I/O讀/寫速度很快，將RTL8019AS的IOCHRDY信號與VC5402的外設(shè)準(zhǔn)備信號READY相連。另外，將SMEMY和SMEMW接高電平，屏蔽了遠(yuǎn)程自舉加載功能。

2.2電源設(shè)計(jì)和復(fù)位電路

TMS320VC5402采用3.3V和1.8V電源供電，其中I/O采用3.3V電源供電，芯片的核采用1.8V電源供電。而實(shí)際常用的只有5V電源，所以必須采用電源轉(zhuǎn)換芯片。選用TPS7333和TPS7301兩塊電源轉(zhuǎn)換芯片，分別接上適當(dāng)?shù)耐鈬娮瑁瑯?gòu)成電阻分壓器，即可調(diào)整兩塊芯片的輸出電壓分別為3.3V和1.8V。

在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們將TPS7333和TPS7301的復(fù)位端連接到一起，同時(shí)復(fù)位VC5402，同時(shí)我們也可以利用這個(gè)復(fù)位電路給RTL8019AS復(fù)位。三極管的基極通過一個(gè)電阻連接到TPS7333和TPS7301的復(fù)位端。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件的主要功能是在以TMS320VC5402為核心的硬件平臺上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速網(wǎng)絡(luò)傳輸。本系統(tǒng)軟件開發(fā)流程圖，主要包括系統(tǒng)配置、系統(tǒng)的初始化和主程序。主程序中主要實(shí)現(xiàn)TCP/IP的解析和數(shù)據(jù)的封裝，以及DSP對數(shù)據(jù)進(jìn)行的各種處理。

四、小結(jié)

本文將SHDSL寬帶接入網(wǎng)技術(shù)和DSP技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域是一項(xiàng)開創(chuàng)性的工作,二者的結(jié)合將大大拓寬 DSP的應(yīng)用范圍。同時(shí)，CPLD的橋梁作用在DSP的開發(fā)中得到了充分的體現(xiàn)，在本系統(tǒng)中完成了電平匹配、數(shù)據(jù)緩沖和譯碼等功能。最后在基于DSP的嵌入式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了簡易的TCP/IP協(xié)議，帶有以太網(wǎng)接口的DSP應(yīng)用系統(tǒng)可以通過雙絞線或同軸電纜與 PC 機(jī)構(gòu)成一個(gè)高速局域網(wǎng)，并且DSP 可以通過 PC 機(jī)接入互連網(wǎng)，進(jìn)一步延伸 DSP的應(yīng)用領(lǐng)域。